(57)【要約】  光起電力セルと一体化したホログラフィックアンテナ及び該アンテナの使用方法が記載される。１つの実施形態では、アンテナを使用するための方法は、該アンテナが、アンテナ開口面の表面に組み込まれた１又は２以上の光起電力（ＰＶ）構造体による太陽エネルギーの捕捉を増大させる所定位置に配置された後のアンテナのアンテナ開口面を示す位置データを受け取るステップと、位置データに応答して、太陽エネルギーの捕捉を増大させるアンテナ位置を維持しながら、アンテナ位置に基づいて衛星に向けてビームを向け直すようにアンテナのアンテナ素子アレイを電子的に誘導するステップと、を含む。【選択図】図１３Ａ
2019519136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを使用するための方法であって、
前記アンテナが、アンテナ開口面の表面に組み込まれた１又は２以上の光起電力（ＰＶ）構造体による太陽エネルギーの捕捉を増大させる所定位置に配置された後の前記アンテナのアンテナ開口面を示す位置データを受け取るステップと、
前記位置データに応答して、前記太陽エネルギーの捕捉を増大させる前記アンテナ位置を維持しながら、前記アンテナ位置に基づいて衛星に向けてビームを向け直すように前記アンテナのアンテナ素子アレイを電子的に誘導するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記１又は２以上のＰＶ構造体によって捕捉される前記太陽エネルギーに少なくとも部分的に基づいて前記アンテナの電源を投入するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アンテナ素子アレイを電子的に誘導するステップに応答して前記衛星の位置を特定するステップと、
前記アンテナが前記太陽エネルギーの捕捉を増大させる前記位置に存在しながら、前記衛星を自動追尾するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アンテナと前記衛星との間の通信を使用して通信ネットワークに接続するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記通信ネットワークは、インターネットを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記通信は、ＷｉＦｉ信号を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記アンテナを位置決めするステップが、
複数の位置の間で前記アンテナを回転させるステップと、
前記複数の位置の各々における太陽エネルギー捕捉量を記録するステップと、
前記太陽エネルギー捕捉量に基づいて前記アンテナを自動的に向ける方向を決定するステップと、
前記方向に基づく前記位置に前記アンテナを自動的に移動させるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アンテナに取り付けられ且つ１又は２以上のＰＶ構造体を有する少なくとも１つの付属装置を展開するステップと、
前記少なくとも１つの付属装置の前記１又は２以上のＰＶ構造体を用いて太陽エネルギーを捕捉するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記１又は２以上のＰＶ構造体により捕捉された太陽エネルギーを使用して、前記アンテナに電力を供給するバッテリをトリクル充電するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記１又は２以上のＰＶ構造体により捕捉された太陽エネルギーを用いてトリクル充電された前記バッテリを使用して、ウォームスタートを実行するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バッテリは、緊急用電力又は災害復旧に使用される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記アンテナと前記衛星との間の通信を使用して、緊急モード中に通信ネットワークに接続するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記通信は、捕捉された太陽エネルギーを用いて充電されたバッテリからの電力のみを使用して行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記通信は、前記アンテナの位置データの送信を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記位置データは、全地球測位システム（ＧＰＳ）データを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記通信は、緊急コードを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記光起電力構造体は、少なくとも１つの光起電力セルを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
アンテナ素子アレイ及び１又は２以上のＰＶ構造体を有する物理的アンテナ開口面であって、前記ＰＶ構造体が前記開口面の表面に組み込まれて太陽エネルギーを捕捉して前記アンテナに電力を供給する、物理的アンテナ開口面と、
前記１又は２以上の光起電力（ＰＶ）構造体による太陽エネルギーの捕捉のための前記物理的開口面の位置を考慮した制御アルゴリズムを使用して、所望の周波数でビームを生成するように前記アンテナ素子アレイを電子的に走査させるコントローラと、
を備える、アンテナ。
【請求項１９】
前記１又は２以上のＰＶ構造体のうちの少なくとも１つは、前記アンテナ素子アレイの外側の周辺領域に位置する、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記周辺領域は、前記開口面上のベゼルを備える、請求項１９に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記１又は２以上のＰＶ構造体のうちの少なくとも１つは、前記アンテナ素子アレイを含む基板上に位置する、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記基板は、ガラス層を備える、請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記１又は２以上のＰＶ構造体は、アンテナ素子間に交互配置される、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２４】
アンテナ素子を駆動するためのアンテナ素子駆動回路と、
前記１又は２以上のＰＶ構造体によって捕捉されたエネルギーを収集して前記アンテナ素子駆動回路に電力を供給するためのエネルギー収集サブシステムと、
を更に備える、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２５】
前記アンテナ素子駆動回路は、行及び列経路設定部を備え、前記１又は２以上のＰＶ構造体のうちの複数のＰＶ構造体は、前記行及び列経路設定導体の間に存在する、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記アンテナ素子駆動回路は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備える、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記同調可能スロット式アレイの各々の中の素子は、２又は３以上のリング内に位置決めされ、更に前記１又は２以上のＰＶ構造体のうちの複数のＰＶ構造体は、前記２又は３以上のリング間に存在する、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記１又は２以上のＰＶ構造体は、アモルファスシリコンＰＶセル、多接合ＰＶセル、及び３接合ＰＶセルを含むグループから選択された１又は２以上のＰＶ構造体を備える、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２９】
前記１又は２以上のＰＶ構造体は、異なるサイズを有する複数のＰＶセルを備える、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項３０】
前記アンテナ素子は、ホログラフィックビーム誘導で使用される周波数帯域のビームを形成するように制御されて共に動作する、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項３１】
前記アンテナ素子アレイは、同調可能スロット式アンテナ素子アレイを備え、
該同調可能スロット式アンテナ素子アレイが、
複数のスロットと、
複数のパッチと、
を含み、前記パッチの各々は、メタマテリアル素子によって前記複数のスロット内のスロットの上に並置され前記スロットから離隔されてパッチ／スロットペアが形成され、各パッチ／スロットペアは、前記ペアの前記パッチへの電圧印加に基づいてオフ又はオンになり、前記コントローラは、どのパッチ／スロットペアをオン及びオフにして前記ビームを生成するかを制御するための制御パターンを適用するように動作できる、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項３２】
前記メタマテリアル素子は、液晶を備える、請求項３１に記載のアンテナ。
【請求項３３】
前記メタマテリアル素子が紫外線に対して敏感であり、前記液晶に晒される紫外線放射の量を低減するための前記開口面の少なくとも一部の上に紫外線吸収層を更に備える、請求項３２に記載のアンテナ。
【請求項３４】
前記メタマテリアル素子が紫外線に対して敏感であり、紫外線放射が前記液晶に影響を与えるのを防止するため、前記開口面の少なくとも一部の上に基板紫外線フィルタの上部上の光学的に不透明な層を更に備える、請求項３２に記載のアンテナ。
【請求項３５】
前記光学的に不透明な層は、前記アレイ内の前記ＰＶ素子の各々に開口部を含む、請求項３４に記載のアンテナ。
【請求項３６】
前記１又は２以上のＰＶ構造体は、直列に電気的に接続されたＰＶセルのグループを備え、該グループが電気的に並列接続される、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項３７】
前記グループは、前記アンテナ素子用の駆動回路に電力を分配するように動作できるパッチ金属層に接続される、請求項３６に記載のアンテナ。
【請求項３８】
アンテナ素子アレイ及び１又は２以上のＰＶ構造体を有する物理的アンテナ開口面であって、前記ＰＶ構造体は、前記アレイの内部及び外部で前記開口面の表面に組み込まれて太陽エネルギーを捕捉して前記アンテナに電力を供給し、前記アンテナ素子アレイは、同調可能スロット式アンテナ素子アレイを備え、該同調可能スロット式アンテナ素子アレイが、複数のスロットと、複数のパッチと、を含み、前記パッチの各々は、メタマテリアル素子によって前記複数のスロット内のスロットの上に並置され前記スロットから離隔されてパッチ／スロットペアが形成され、各パッチ／スロットペアは、前記ペアの前記パッチへの電圧印加に基づいてオフ又はオンになる、物理的アンテナ開口面と、
前記１又は２以上の光起電力（ＰＶ）構造体による太陽エネルギーの捕捉のための前記物理的開口面の位置を考慮した制御アルゴリズムを使用して、所望の周波数でビームを生成するように前記アンテナ素子アレイを電子的に走査させるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、どのパッチ／スロットペアをオン及びオフにして前記ビームを生成するかを制御するための制御パターンを適用するように動作できる、ことを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本出願は、「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌｓ（光起電力セルと一体化したホログラフィックメタマテリアルアンテナ）」と題する２０１６年５月３日出願の対応する仮特許出願第６２／３３１，３５５号及び「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌｓ（光起電力セルと一体化したアンテナ）」と題する２０１７年５月２日出願の特許出願第１５／５８４，２４７号に対する優先権を主張し、これらを引用により組み込むものである。
【０００２】
本発明の実施形態は、無線通信用のアンテナに関し、より具体的には、本発明の実施形態は、一体型光起電力セルを有するメタマテリアル又は他のアンテナ並びにその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、アンテナは、アンテナ電子機器、ヒータ、増幅器、及びモデムに電力を供給するのに別個の電源を必要としている。このことは、大部分のアンテナにとって不都合ではないが、ポータブルアンテナの場合には、電力が分配される場所に対するこれらアンテナの移動性が制限されるので、これは不都合である。
【０００４】
太陽光発電技術は、長年にわたって存在している。太陽光発電は、太陽エネルギーを捕捉するのに使用される太陽電池（ソーラーセル）を太陽に向ける必要がある点で、制限される。しかしながら、このことにより、動作のために衛星に固定されたままにするために、ピーク太陽束とは異なる方向に向く場合がある衛星アンテナなどのデバイスと共に使用することが困難になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
光起電力セルと一体化したホログラフィックアンテナ及びその使用方法が記載される。１つの実施形態では、アンテナを使用するための方法は、該アンテナが、アンテナ開口面の表面に組み込まれた１又は２以上の光起電力（ＰＶ）構造体による太陽エネルギーの捕捉を増大させるよう所定位置に配置された後のアンテナのアンテナ開口面を示す位置データを受け取るステップと、位置データに応答して、太陽エネルギーの捕捉を増大させるアンテナ位置を維持しながら、アンテナ位置に基づいて衛星に向けてビームを向け直すようにアンテナのアンテナ素子のアレイを電子的に誘導するステップと、を含む。
【０００６】
本発明は、以下に示す詳細な説明から及び本発明の様々な実施形態の添付の図面から十分理解されるであろうが、詳細な説明及び本発明の様々な実施形態の添付の図面は、本発明を特定の実施形態に制限するものと捉えるべきではなく、これらは単に解説及び理解のためにある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状に配置された１又は２以上のアンテナ素子アレイを有する開口面を示す。
【図２】グランドプレーン及び再構成可能共振器層を含む１つの列のアンテナ素子の斜視図を示す。
【図３】同調可能共振器／スロットの一実施形態を示す図である。
【図４】円筒状給電アンテナ構造の一実施形態の側面図を示す。
【図５】アンテナシステムの別の実施形態を射出波とともに示す図である。
【図６】物理的アンテナ開口面の一実施形態の断面図を示す。
【図７】アンテナのアンテナ素子に隣接する光起電力（ＰＶ）セル配置の実施例を示す図である。
【図８】アンテナ内のＰＶセル配置の別の実施例を示す図である。
【図９Ａ】アンテナ内のＰＶセル配置の更に別の実施例を示す図である。
【図９Ｂ】アンテナ内のＰＶセル配置の更に別の実施例を示す図である。
【図９Ｃ】アンテナ内のＰＶセル配置の更に別の実施例を示す図である。
【図１０】ＰＶセルを含むアンテナ用の配電サブシステムの一実施形態を示す図である。
【図１１】パッチ層上に形成されたＰＶセルの実施例である。
【図１２】パッチ基板上のＰＶセルの上で使用されるコーティングの実施例を示す図である。
【図１３Ａ】アンテナシステムの一実施形態のデータフローを示す図である。
【図１３Ｂ】一体型ＰＶセル及び追加のソーラーパネルを有するアンテナ開口面の別の実施例を示す図である。
【図１４】アンテナに組み込まれたＰＶ構造体（例えば、セル）により捕捉された光起電力によって少なくとも部分的に給電されるアンテナを使用する方法の一実施形態のフローチャートである。
【図１５】太陽電池式アンテナを使用する方法のフローチャートである。
【図１６Ａ】スロット式アレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
【図１６Ｂ】スロット式アレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
【図１６Ｃ】スロット式アレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
【図１６Ｄ】スロット式アレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
【図１７】アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の一実施形態を示す図である。
【図１８】ＴＦＴパッケージの一実施形態を示す図である。
【図１９】テレビジョンシステムにおいて二重受信を同時に実行する通信システムの１つの実施形態のブロック図である。
【図２０】同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態は、太陽光発電式アンテナである。１つの実施形態では、アンテナは、例えば、ＰＶセル（太陽電池）などの光起電力（ＰＶ）構造体を含むホログラフィックメタマテリアルアンテナを備える。１つの実施形態では、同調媒体は液晶を備える。別の実施形態では、アンテナは、ＭＥＭＳベース又はその他の非液晶ベースの同調機構を使用してホログラフィックビーム形成をもたらすホログラフィックアンテナを有するＰＶセルを備える。
【０００９】
１つの実施形態では、ＰＶセルは、同調可能ホログラフィックメタマテリアルアンテナ素子と共に光学的に透過性の基板上に組み込まれる。１つの実施形態では、ＰＶセルは、アンテナ素子間に交互配置され、配電部は、アンテナ素子を駆動する回路（例えば、アンテナ素子を制御するための駆動回路の行及び列）間に交互配置される。
【００１０】
ＰＶセルをアンテナ素子と同じ基板上に組み込むことにより、アンテナは、別個の電源又はコードを用いることなく完全に独立型である。すなわち、異なるアンテナ端子部品に電力を供給するのに必要な電源が排除され、真にポータブルでコードレスな技術にすることができる。１つの実施形態では、このような一体化はまた、デバイスに付随する必要があるバッテリを削減及び／又は排除する。
【００１１】
本発明の実施形態は、以下の利点のうちの１又は２以上を有する。
・バッテリの排除／サイズ削減による軽量化
・電源ケーブルが不要であることによる、セットアップ及び使用の容易化
・様々な電源を排除しこれらの特徴をアンテナ基板に組み込むことによる、物理的体積及び重量の低減
【００１２】
（アンテナ実施形態）
本明細書で記載されるＰＶ構造体は、平面アンテナ（ｆｌａｔ  ｐａｎｅｌ  ａｎｔｅｎｎａ）を含む様々なアンテナと共に使用することができる。このような平面アンテナの実施形態が開示される。平面アンテナは、アンテナ開口面上の１又は２以上のアンテナ素子アレイを含む。１つの実施形態では、アンテナ素子は、液晶セルを含む。別の実施形態では、アンテナ素子は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを含む。１つの実施形態では、平面アンテナは、行及び列状に配置されていないアンテナ素子の各々を一意的にアドレス指定して駆動するためのマトリクス駆動回路を含む円筒状給電アンテナである。給電部は、円形である必要がない点に留意されたい。１つの実施形態では、素子は、リング状に配置される。
【００１３】
１つの実施形態では、１又は２以上のアンテナ素子アレイを有するアンテナ開口面は、共に結合された複数のセグメントから構成される。セグメントの組み合わせは、共に結合されたときに、アンテナ素子の閉じた同心リングを形成する。１つの実施形態では、同心リングは、アンテナ給電部に対して同心である。
【００１４】
１つの実施形態では、平面アンテナは、衛星地上局用のアンテナシステムの一部である。１つの実施形態では、アンテナシステムは、民間商用衛星通信用のＫａ帯域周波数又はＫｕ帯域周波数の何れかを使用して動作するモバイルプラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上など）上で動作する衛星地上局（ＥＳ）の構成要素又はサブシステムである。また、アンテナシステムの実施形態は、モバイルプラットフォーム上でない地上局（例えば、固定地上局又は可搬型地上局）でも使用できる点に留意されたい。
【００１５】
１つの実施形態では、アンテナシステムは、表面散乱技術を使用して、別個のアンテナを介して送受信ビームを形成して誘導する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、デジタル信号処理を使用してビームを電気的に形成し誘導するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。
【００１６】
１つの実施形態では、アンテナシステムは、３つの機能サブシステム、すなわち、（１）円筒波給電アーキテクチャからなる導波路構造、（２）波散乱アンテナ素子のアレイ、（３）ホログラフィ原理を使用して散乱アンテナ素子から調整可能放射場（ビーム）を形成するように命令する制御構造から構成される。
【００１７】
図１は、円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状に配置された１又は２以上のアンテナ素子アレイを有する開口面を示している。本明細書で記載されるＲＦ共振器は、円筒状給電部を含まないアンテナで使用することもできる点に留意されたい。
【００１８】
１つの実施形態では、アンテナは、円筒波給電を提供するのに使用される同軸給電部を含む。１つの実施形態では、円筒波給電アーキテクチャが、給電点から円筒状に外向きに広がる励起を中心点からアンテナに供給する。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進行する同心状給電波を生成する。すなわち、円筒状給電部の周りの円筒状給電アンテナの形状は、円形、正方形、又は何らかの形状とすることができる。別の実施形態では、円筒状給電アンテナは、内向きに進行する給電波を生成する。このような場合には、円形構造から生じる給電波が最も自然である。
【００１９】
１つの実施形態では、アンテナは、アンテナ素子の１又は２以上のアレイを含み、アンテナ素子は、１つのグループのパッチアンテナを備える。このパッチアンテナのグループは、散乱素子のアレイを備える。１つの実施形態では、アンテナシステム内の各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、上部導体内にエッチングされ又は堆積された相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。
【００２０】
１つの実施形態では、液晶（ＬＣ）は、散乱素子の周りのギャップに配置される。１つの実施形態では、液晶は、各単位セル内に封入されて、スロットに関連する下部導体を、このスロットのパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、この液晶を構成する分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（従って、誘電率）は、液晶の両端のバイアス電圧を調整することによって制御することができる。１つの実施形態では、液晶は、この特性を利用して、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチを組み込む。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。本明細書における教示は、エネルギー伝達に関して２値的に動作する液晶を有することに限定されるものではない点に留意されたい。
【００２１】
１つの実施形態では、このアンテナシステムの給電幾何形状は、アンテナ素子を給電波における波ベクトルに対して４５度（４５°）の角度に位置決めすることを可能にする。他の位置（例えば、４０°）を利用できる点に留意されたい。この素子の位置により、素子で受け取った又は素子から送信／放射される自由空間波の制御が可能になる。１つの実施形態では、アンテナ素子は、アンテナの動作周波数の自由空間波長よりも小さい素子間隔で配列される。１つの実施形態では、１波長当たりに４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚの送信アンテナにおける素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の１／４）である。
【００２２】
１つの実施形態では、素子の２つのセットは、互いに垂直であり、同じ同調状態に制御されたときに等しい振幅の励起を同時に有する。これらの素子のセットを給電波励起に対して＋／−４５度回転させると、両方の所望の特徴を同時に達成する。一方のセットを０度回転させ、他方を９０度回転させると、垂直目標は達成されるが、等振幅励起の目標は達成されないことになる。０度及び９０度は、単一の構造でのアンテナ素子アレイが２つの側から給電されるときに、分離を達成するのに使用できる点に留意されたい。
【００２３】
各単位セルからの放射出力の量は、コントローラを使用してパッチに電圧（ＬＣチャネルの両端の電位）を印加することによって制御される。各パッチへのトレースは、パッチアンテナに電圧を供給するのに使用される。この電圧は、静電容量及びひいては個々の素子の共振周波数を同調又は離調させて、ビーム形成を実現するのに使用される。必要な電圧は、使用される液晶混合物に依存する。液晶混合物の電圧同調特性は、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧と、それ以上に電圧を高めても液晶での大きな同調が生じなくなる飽和電圧とによって、主に説明される。これらの２つの特性パラメータは、異なる液晶混合物では変化することができる。
【００２４】
図２は、グランドプレーン及び再構成可能な共振器層を含むアンテナ素子の１つの列の斜視図を示している。再構成可能共振器層２３０は、同調可能スロット２１０のアレイを含む。同調可能スロット２１０のアレイは、アンテナを所望の方向に向けるように構成することができる。同調可能スロットの各々は、アイリスと各スロットに関連するパッチとの間の空間の両端の電圧を変化させることによって同調／調整することができる。
【００２５】
制御モジュール２８０は、再構成可能共振器層２３０に結合され、アイリスと図２における各スロットに関連するパッチとの間のギャップの両端の電圧を変化させることによって同調可能スロット２１０のアレイを変調する。制御モジュール２８０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、マイクロプロセッサ、コントローラ、システムオンチップ（ＳｏＣ）、又は他の処理論理回路を含むことができる。１つの実施形態では、制御モジュール２８０は、同調可能スロット２１０のアレイを駆動するための論理回路（例えば、マルチプレクサ）を含む。１つの実施形態では、制御モジュール２８０は、同調可能スロット２１０のアレイ上に駆動されるホログラフィック回折パターンに関する仕様を含むデータを受け取る。ホログラフィック回折パターンは、アンテナと衛星との間の空間関係に応答して、このホログラフィック回折パターンが、ダウンリンクビーム（及びアンテナシステムが送信を行う場合には、アップリンクビーム）を通信に適した方向に誘導するように、生成することができる。各図には図示されていないが、制御モジュール２８０と同様の制御モジュールは、本開示の図に記載された同調可能スロットの各アレイを駆動することができる。
【００２６】
また、無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィは、ＲＦ基準ビームがＲＦホログラフィック回折パターンに遭遇したときに、所望のＲＦビームが生成できる場合の類似の技術を使用して実施可能である。衛星通信の場合には、基準ビームは、給電波２０５などの給電波の形態である（幾つかの実施形態では、約２０ＧＨｚ）。給電波を放射ビームに変換するために（送信又は受信の何れかのため）、所望のＲＦビーム（目標ビーム）と給電波（基準ビーム）との間の干渉パターンが計算される。この干渉パターンは、給電波が、所望のＲＦビーム（所望の形状及び方向を有する）に「誘導（ｓｔｅｅｒｅｄ）」されるように、同調可能スロット２１０のアレイ上に回折パターンとして駆動される。言い換えると、ホログラフィック回折パターンに遭遇した給電波は、通信システムの設計要件に従って形成される目標ビームを「再構成」する。ホログラフィック回折パターンは、各素子の励起を含み、導波路における波動方程式としてのｗin及び射出波上の波動方程式としてのｗoutを用いて、ｗhologram＝ｗin＊ｗoutによって計算される。
【００２７】
図３は、同調可能共振器／スロット２１０の１つの実施形態を示している。同調可能スロット２１０は、アイリス／スロット２１２、放射パッチ１２１１、及びアイリス２１２とパッチ２１１との間に配置された液晶２１３を含む。１つの実施形態では、放射パッチ２１１は、アイリス２１２と同じ場所に配置される。
【００２８】
１つの実施形態では、列内の同調可能スロットは、互いからλ／５だけ離間している。他の間隔を使用することもできる。１つの実施形態では、列内の各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／２だけ離間しており、従って、異なる列内の共通に方向付けられた同調可能スロットはλ／４だけ離間するが、他の間隔も可能である（例えば、λ／５、λ／６．３）。別の実施形態では、列内の各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／３だけ離間する。
【００２９】
図４は、円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示している。アンテナは、二重層給電構造（すなわち、２つの給電構造層）を使用して内向き進行波を生成する。１つの実施形態では、アンテナは、円形の外形を含むが、このことは、必須ではない。すなわち、非円形内向き進行波を使用することができる。１つの実施形態では、図４におけるアンテナ構造は、同軸給電部を含む。
【００３０】
図４を参照すると、同軸ピン６０１は、アンテナの下側レベルで場を励起するのに使用される。１つの実施形態では、同軸ピン４０１は、容易に入手できる５０Ω同軸ピンである。同軸ピン４０１は、導電性グランドプレーン４０２であるアンテナ構造の底部に結合（例えば、ボルト締め）される。
【００３１】
内部導体である間隙導体４０３は、導電性グランドプレーン４０２から離隔される。１つの実施形態では、導電性グランドプレーン４０２及び間隙導体４０３は、互いに平行である。１つの実施形態では、グランドプレーン４０２と間隙導体４０３との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λ／２とすることができ、ここで、λは、動作周波数での進行波の波長である。
【００３２】
グランドプレーン４０２は、スペーサ４０４を介して間隙導体４０３から離隔される。１つの実施形態では、スペーサ４０４は、発泡体又は空気状スペーサである。１つの実施形態では、スペーサ４０４は、プラスチックスペーサを含む。
【００３３】
間隙導体４０３の上部には、誘電体層４０５が存在する。１つの実施形態では、誘電体層４０５はプラスチックである。誘電体層４０５の目的は、自由空間速度に対して進行波を減速させることである。１つの実施形態では、誘電体層４０５は、自由空間に対して３０％だけ進行波を減速させる。１つの実施形態では、ビーム形成に好適な屈折率の範囲は、１．２〜１．８であり、ここで、自由空間は、定義上、１に等しい屈折率を有する。例えば、プラスチックなどの他の誘電体スペーサ材料を用いて、この効果を達成することができる。所望の波減速効果を達成する限り、プラスチック以外の材料を使用できる点に留意されたい。或いは、例えば機械加工又はリソグラフィにより定めることができる周期的サブ波長金属構造などの分散構造を有する材料を誘電体層４０５として使用することができる。
【００３４】
パッチ／アイリスのペアを有する同調可能スロットを含むＲＦアレイ４０６は、誘電体４０５の上部に存在することができる。１つの実施形態では、間隙導体４０３とＲＦアレイ４０６との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λeff／２とすることができ、ここで、λeffは、設計周波数での媒体中の有効波長である。
【００３５】
アンテナは、側面４０７及び４０８を含む。側面４０７及び４０８は、同軸ピン４０１からの進行波給電が反射によって間隙導体４０３の下方の領域（スペーサ層）から間隙導体４０３の上方の領域（誘電体層）に伝播するような角度が付けられる。１つの実施形態では、側面４０７及び４０８の角度は、４５度の角度である。代替の実施形態では、側面４０７及び４０８は、反射を達成するために連続した半径に置き換えることができる。図４は、４５度の角度を有する角度付き側部を示しているが、下部給電部から上層給電レベルへの信号伝播を達成する他の角度を使用することができる。すなわち、下部給電部の有効波長が、上部給電部のものとは一般的に異なることを考慮すると、理想的な４５度の角度からの何らかの偏差を使用して、下部給電レベルから上部給電レベルへの伝達を助けることができる。例えば、別の実施形態では、４５度の角度は、単一の段部に置き換えられる。アンテナの一端上の段部は、誘電体層、間隙導体、及びスペーサ層を一周する。同じ２つの段部が、これらの層の他方の端部に存在する。別の代替の実施形態では、側面４０７及び４０８は、複数の段部で置き換えることができる点に留意されたい。
【００３６】
動作中、給電波が同軸ピン４０１から供給されると、この給電波は、グランドプレーン４０２と間隙導体４０３との間の領域で同軸ピン４０１から同心円状外向きに進行する。同心円状射出波は、側面４０７及び４０８により反射され、間隙導体４０３とＲＦアレイ４０６との間の領域で内向きに進行する。円形外周の縁部（エッジ）からの反射は、この波を同相に留まらせる（すなわち、この反射は同相反射である）。進行波は、誘電体層４０５によって減速する。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ４０６の素子との相互作用及び励起を開始して、所望の散乱が得られる。
【００３７】
進行波を終了させるため、アンテナの幾何学的中心で終端部４０９がアンテナに含まれる。１つの実施形態では、終端部４０９は、ピン終端（例えば、５０Ωピン）を備える。別の実施形態では、終端部４０９は、未使用エネルギーを終端させて、アンテナの給電構造を通る当該未使用エネルギーが反射して戻るのを阻止するＲＦ吸収体を含む。これらは、ＲＦアレイ４０６の上部で使用することができる。
【００３８】
図５は、アンテナシステムの別の実施形態を射出波と共に示している。図５を参照すると、２つのグランドプレーン５１０及び５１１は、互いに実質的に平行であり、これらのグランドプレーンの間に誘電体層５１２（例えば、プラスチック層など）がある。ＲＦ吸収体５１９（例えば、抵抗器）は、２つのグランドプレーン５１０及び５１１を共に結合する。同軸ピン５１５（例えば、５０Ω）は、アンテナに給電する。ＲＦアレイ５１６は、誘電体層５１２及びグランドプレーン５１１の上部に存在する。
【００３９】
動作中、給電波は、同軸ピン５１５を介して供給され、同心円状外向きに進行してＲＦアレイ５１６の素子と相互作用をする。
【００４０】
（波散乱素子のアレイ）
図４のＲＦアレイ４０６及び図５のＲＦアレイ５１６は、放射体として機能する１つのグループのパッチアンテナ（すなわち、散乱体）を含む波散乱サブシステムを含む。このグループのパッチアンテナは、散乱素子のアレイを備える。各パッチアンテナは、ＲＦ共振器を形成するパッチ及びアイリスを備える。以下の内容は、ＭＥＭＳベースのＲＦ共振器の複数の実施形態を開示する。１つの実施形態では、各ＲＦ共振器は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを有する及び／又はそれを収容するＲＦ放射素子を有する。別の実施形態では、各ＲＦ共振器は、液晶を有する及び／又はそれを収容するＲＦ放射素子を有する。
【００４１】
１つの実施形態では、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んだ上部導体からなる単位セルの一部であり、この相補的電気誘導型容量性共振器は、上部導体にエッチングされた又は堆積される。上述したように、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチとして機能する。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。液晶の厚さを制御すると、ビームスイッチング速度が増大する。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚さ）が５０パーセント（５０％）減少すると、速度が４倍に増大する。別の実施形態では、液晶の厚さは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）のビームスイッチング速度をもたらす。１つの実施形態では、ＬＣは、応答性を高めるための当技術分野において公知の方法でドープされ、７ミリ秒（７ｍｓ）要件を満たすことができるようになる。
【００４２】
ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の平面に平行で且つＣＥＬＣギャップ補完物に垂直に印加される磁界に応答する。電圧が、メタマテリアル散乱単位セルにおいて液晶に印加されると、誘導波の磁場成分がＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、その結果、誘導波と同じ周波数での電磁波が生成される。
【００４３】
単一のＣＥＬＣによって生成される電磁波の位相は、誘導波ベクトル上のＣＥＬＣの位置によって選択することができる。各セルは、ＣＥＬＣと平行な誘導波と同相の波を生成する。ＣＥＬＣは、波長よりも小さいので、出力波は、誘導波がＣＥＬＣの下を通過するときのこの誘導波の位相と同一の位相を有する。
【００４４】
１つの実施形態では、ＣＥＬＣは、スロットの上方に並置されたパッチを含むパッチアンテナと、これらパッチアンテナ間に液晶を有して実施される。この点において、メタマテリアルアンテナは、スロット（散乱）導波路のように作用する。スロット導波路に関して、出力波の位相は、誘導波に対するスロットの位置に依存する。
【００４５】
図６は、物理的アンテナ開口面の１つの実施形態の断面図を示している。アンテナ開口面は、グランドプレーン６４５と、再構成可能共振器層６３０に含まれるアイリス層６３３内の金属層６３６とを含む。１つの実施形態では、図６のアンテナ開口面は、図３の複数の同調可能共振器／スロット２１０を含む。アイリス／スロット６１２は、金属層６３６の開口部によって定められる。図２の給電波２０５などの給電波は、衛星通信チャネルに適合するマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、グランドプレーン６４５と共振器層６３０との間を伝播する。
【００４６】
再構成可能共振器層６３０はまた、ガスケット層６３２及びパッチ層６３１を含む。ガスケット層６３２は、パッチ層６３１及びアイリス層６３３の下方に配置される。１つの実施形態では、スペーサは、ガスケット層６３２と置き換えることができる点に留意されたい。１つの実施形態では、アイリス層６３３は、金属層６３６として銅層を含むプリント基板（「ＰＣＢ」）である。１つの実施形態では、アイリス層２３３はガラスである。アイリス層６３３は、他のタイプの基板とすることができる。
【００４７】
開口部は、銅層内でエッチングされて、スロット６１２を形成することができる。１つの実施形態では、アイリス層６３３は、導電性接合層によって、図６における別の構造（例えば、導波路）に導電的に結合される。１つの実施形態では、アイリス層は、導電性接合層によって導電的に結合されるものではなく、その代わりに、非導電性接合層と相互連結する点に留意されたい。
【００４８】
また、パッチ層６３１は、放射パッチ６１１として金属を含むＰＣＢとすることができる。１つの実施形態では、ガスケット層６３２は、金属層６３６とパッチ６１１との間の寸法を定める機械的離隔部をもたらすスペーサ６３９を含む。１つの実施形態では、スペーサは、７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば３から２００ｍｍ）が使用できる。上述したように、１つの実施形態では、図１のアンテナ開口面は、図３のパッチ２１１、液晶２１３、及びアイリス２１２を含む同調可能共振器／スロット２１０などの複数の同調可能共振器／スロットを備える。液晶６１３Ａ用のチャンバは、スペーサ６３９、アイリス層６３３、及び金属層６３６によって定められる。チャンバが、液晶で充填される場合には、パッチ層６３１は、スペーサ６３９上に積層されて、共振器層６３０内に液晶をシールすることができる。
【００４９】
パッチ層６３１とアイリス層６３３との間の電圧は、パッチとスロット（例えば、同調可能共振器／スロット２１０）との間のギャップ内の液晶を同調するように変調することができる。液晶６１３Ａの両端の電圧を調整すると、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット２１０）の静電容量が変化する。従って、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット２１０）のリアクタンスは、静電容量を変化させることによって変えることができる。また、１つの実施形態では、スロットの共振周波数は、次式：
【数１】
2019519136.tif 000003
に従って変化し、ここで、ｆは、スロットの共振周波数であり、Ｌ及びＣは、それぞれ、スロット６１０のインダクタンス及び静電容量である。スロット６１０の共振周波数は、導波路を通って伝播する給電波から放射されるエネルギーに影響を与える。一例として、給電波が２０ＧＨｚである場合には、スロットの共振周波数は、１７ＧＨｚに調整（静電容量を変化させることによって）されて、スロットが、給電波からのエネルギーを実質的に結合しないようにすることができる。或いは、スロットの共振周波数は、２０ＧＨｚに調整されて、スロットが、給電波からのエネルギーを結合し、このエネルギーを自由空間に放射するようにすることができる。所与の実施例は、２値的（完全に放射するか、又は全く放射しない）であるが、リアクタンス及びひいてはスロットの共振周波数の完全なグレイスケール制御は、多値範囲にわたる電圧変化を用いて実施可能である。従って、各スロットから放射されるエネルギーを精密に制御して、同調可能スロットのアレイによってきめ細かなホログラフィック回折パターンを形成できるようになる。
【００５０】
実施形態は、２０１５年８月２０日に公開された「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ  Ｆｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ａｎｔｅｎｎａ（誘導可能な円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御）」と題する米国特許公開第２０１５／０２３６４１２号、及び２０１５年８月６日に公開された「Ｒｉｄｇｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｆｅｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａ（再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造）」と題する米国特許公開第２０１５／０２２２０２１号に記載のものなどを使用してビームを生成するための再構成可能なメタマテリアル技術を使用する。
【００５１】
（アンテナへの光起電力セル（構造体）の組み込み）
１つの実施形態では、アンテナ素子は、同調可能ホログラフィックアンテナ素子であり、ＰＶセルは、同調可能ホログラフィックアンテナ素子と共に光学的に透過性の基板上に組み込まれる。アンテナ素子は、メタマテリアル素子とすることができる。１つの実施形態では、ＰＶセルは、アンテナ素子間に散在している。１つの実施形態では、セルなどのＰＶ構造体は、アンテナ素子の電子走査アレイの表面に組み込まれる。
【００５２】
１つの実施形態では、ＰＶセルは、アンテナ素子アレイのアクティブ領域内のアンテナ素子間に交互配置することができる。図７は、アンテナのアンテナ素子に隣接する光起電力（ＰＶ）セル配置の実施例を示している。図７を参照すると、アンテナ素子を有するアンテナアレイは、幾つかのアンテナ素子７０２を描いた拡大断面図で示されている。１つの実施形態では、アンテナ素子７０２は、上述したパッチ／スロットのペアを含む。また、図７は、ＰＶセル７０１の位置の実施例を示している。
【００５３】
１つの実施形態では、ＰＶセルは、アンテナの他の部分に配置することができる。図８は、アクティブなアンテナ素子アレイの周りの周辺部にＰＶセルが配置された、アンテナ内のＰＶセル配置の別の実施例を示している。周辺部は、アンテナフレーム、ベゼル領域などを含むことができる。
【００５４】
図８を参照すると、アンテナ８００は、共に結合されてアンテナ開口面を形成する４つのセグメントを含む。４つのセグメントの各々は、アクティブアレイセクション８０２を有し、４つのセグメントが共に結合されたときに、アクティブアレイセクション８０２によって単一のアンテナアレイが形成されるようなる。アクティブアレイの周辺部は、アンテナアレイセクション８０２の各々の周りに存在する。１つの実施形態では、ＰＶセル８０１は、アンテナ周辺部にあり、且つアクティブアレイセクション８０２によって形成されたアクティブアレイの外側に配置される。別の実施形態では、ＰＶセルは、アクティブアレイ及びアンテナ周辺部の両方に配置される。
【００５５】
１つの実施形態では、ＰＶセルは、ベゼルの（主アンテナに垂直な）垂直縁部の周りに巻き付けられる。図９Ａから９Ｃは、アンテナ内のこのようなＰＶセル配置の別の実施例を示している。図９Ａから９Ｃを参照すると、ＰＶセル９０２は、アンテナエンクロージャ９００の１つの側面上にあるベゼル９０１の領域に配置され、アンテナ素子のアクティブアレイ９０３の外側に存在する。１つの実施形態では、縁部は丸みを帯びているので、ＰＶセルは、アンテナの縁部の周りで曲がるように可撓性でなければならない。１つの実施形態では、ＰＶセルは、可撓性プラスチック基板上に存在する。１つの実施形態では、可撓性プラスチック基板は、薄いステンレス鋼を使用したアモルファスＳｉ  ＰＶラインを備える。基板は、十分に可撓性である程に薄い高分子量有機固体又は非有機固体（例えば、ＣＯＲＮＩＮＧ（登録商標）ＧＯＲＩＬＬＡ（登録商標）ＧＬＡＳＳのような薄い低応力ガラス）とすることができる。
【００５６】
別の実施形態では、ＰＶセルは、非可撓性の硬質の曲面上に構築される。
【００５７】
図８及び図９Ａ〜９Ｃは、アンテナフレーム上のＰＶセルの位置の実施例のみを示している点に留意されたい。他の配置も実施可能である。また、エネルギー蓄積構成要素（例えば、充電式バッテリ、キャパシタなど）並びに太陽光発電の収集及び分配をサポートするための回路は、例えばアンテナの周辺部のコーナー下のアンテナエンクロージャ内など、アンテナの他の部分に組み込むことができる点に留意されたい。
【００５８】
図１０は、ＰＶセルを含むアンテナ用の配電サブシステムの１つの実施形態を示している。図１０を参照すると、ＰＶセル１００１は、エネルギー収集ドライバ１００２に結合される。エネルギー収集ドライバ１００２は、電力をエネルギー蓄積デバイス１００３に送る。１つの実施形態では、エネルギー蓄積デバイス１００３は、充電式バッテリを備える。別の実施形態では、エネルギー蓄積デバイス１００３は、スーパーキャパシタ又は燃料電池を備える。エネルギー蓄積デバイス１００３は、アンテナ電気部品１００４の一部に電力を供給する。例えば、アンテナ電気部品１００４は、どのアンテナ素子がオン又はオフであるかを制御するときにトランジスタ（例えば、ＴＦＴ）をオン及びオフにするマトリクス駆動回路の行／列ドライバ回路を備えることができる。
【００５９】
様々なＰＶセルが使用され、これらを周知の製造技法を使用してアンテナ開口面に組み込むことができる点に留意されたい。１つの実施形態では、ＰＶセルは、このような周知の製造技術を使用して生成されるアモルファスシリコン型である。別の実施形態では、ＰＶセルは、多接合ＰＶセル又は３接合太陽電池セルである。この場合、これらのＰＶセルは、アモルファスシリコンではなく、ＩＩＩ−Ｖ族材料とすることができる。
【００６０】
１つの実施形態では、ＰＶセルは、アンテナ素子（の少なくとも一部）を収容する基板（例えば、ガラス層）上に製造される。１つの実施形態では、ＰＶセルは、パッチ基板上に製造される。この場合、パッチ基板上の金属層は、ＰＶセル用のバック接点として使用される。
【００６１】
図１１は、パッチ層上に形成されたＰＶセルの実施例である。１つの実施形態では、パッチは、ガラス層（例えば、コーニング・イーグルガラスなどの、典型的には液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に使用されるガラス）上に堆積され、ＰＶセル（例えば、アモルファスシリコン、ＩＩＩ−Ｖ族材料など）は、ガラス層１１０５の上部に組み込まれる。代替的に、パッチ及びＰＶセルは両方とも、回路パッチ基板上に堆積することができる。
【００６２】
図１１を参照すると、パッチ１１１０及びＰＶセル１１０１を収容するパッチガラス層を含む円筒状給電アンテナの一部分が示されている。アンテナは、導電性基部又は接地層１１０１と、誘電体層１１０２（例えば、プラスチック）と、スロットを収容するアイリス１１０３（例えば、回路基板）と、液晶（ＬＣ）基板層１１０４（又はＭＥＭＳデバイス層）と、パッチ１１１０を収容するガラス層（基板）１１０５とを含む。１つの実施形態では、パッチ１１１０は矩形形状を有する。１つの実施形態では、スロット及びパッチは、行及び列状に位置付けられ、パッチの向きは、各行又は列に対して同じであり、他方、並置スロットの向きは、行又は列それぞれに対して互いに同じ方向に向いている。１つの実施形態では、キャップ（例えば、太陽放射に使用可能な透過的なレードームキャップ）が、パッチアンテナスタックの上部を覆って保護を提供する。
【００６３】
また、１つの実施形態では、ガラス層１１０５上に存在するパッチ金属層（図示せず）は、個々のＰＶセルを共に接続するのに使用される。すなわち、パッチ金属層は、パッチガラス１１０５上の最上層でＰＶセルを共に配線するのに使用される。この文脈における「上部」という用語に関して、１つの実施形態では、ガラスの衛星／太陽に面する側が上部である場合、ＰＶセル構造の「上部」の電極は、ＩＴＯ（透過的）であり、「下部」電極は、パッチ金属である。１つの実施形態では、この下部電極は、このパッチ金属層と配線される。代替的に、下部電極は、ゲート又はソース金属層と配線される。
【００６４】
１つの実施形態では、同様のサイズのＰＶセルが、電気的に共に直列に接続される。この接続は、所望の電圧を生成するために行われる。１つの実施形態では、１つの直列接続ＰＶセルが、１又は２以上の他のこのような直列接続に並列に接続される。並列接続と直列接続の組み合わせは、所望の電流を得るために行われる。１つの実施形態では、素子を直列に配線するために、ＰＶセルの正及び負の端子は、ビア構造を介して共に接続される。
【００６５】
１つの実施形態では、ＰＶセル領域を最大にするために、不規則な形状のＰＶセルが使用される。１つの実施形態では、このようなセルは、ＲＦ素子からのＲＦ放射との干渉を回避するため金属又は損失のある材料から離れている中間ＲＦ素子キープアウト領域又は区域を充填するのに使用される。別の実施形態では、ＰＶセルは、アンテナ素子からなるリング内でアンテナ素子間に配置される（例えば、図１６Ａから１６Ｄ）。更に別の実施形態では、ＰＶセルは、行／列経路配線部の中間に配置される。これらの配置が、ＰＶセルが異なるサイズのものであることを必要とする場合には、何らかのタイプのセル整合が、所望の電圧及び電流を得るのに使用される。１つの実施形態では、不規則な形状を有するが面積の等しいＰＶセルは、所望の電圧を得るために共に接続される。
【００６６】
並列に結合された全ての直列ＰＶセル及び複数の直列セルの出力は、エネルギー蓄積デバイス（例えば、バッテリ）に電気的に接続される。
【００６７】
例えば図８に示されているようなアンテナセグメントのＰＶセルは、共に並列に接続できる点に留意されたい。１つの実施形態では、セグメントにわたって接続するために、アンテナ素子ドライバに対するゲート及び共通電圧線の経路は、これらの経路に沿ってＰＶセルのグループを接続するのに使用され、これらの経路に沿ったＰＶセルは、直列にすることができる。端部接続のために、セグメントの一方の側面上のバスは、上部（例えば、ＩＴＯ又は太陽に面するプレート）からの電極を収集し、セグメントの他方の側面上のバスは、パッチ金属線を収集する。これらのラインに沿った全てのＰＶ素子は、これらのバスによって並列に接続される。これらの２つのバスは、ソースドライバの両側に配線され、アンテナ開口面に引き出して接続することができる。構造物は、これらのバスをセグメント間の結合部にわたって直接接続する。
【００６８】
１つの実施形態では、紫外線（ＵＶ）吸収剤コーティング又は遮断フィルタコーティングが、パッチガラス（基板）層１１０５上に施されて、ＬＣ層１１０４内のＬＣを保護する。このことは、紫外線に対して敏感なＬＣを使用する場合に特に有利である。紫外線吸収剤コーティングは、紫外線を吸収し、遮断フィルタコーティングは、特定の周波数の紫外線光がＬＣ層１１０４に侵入するのを防止する。このようなコーティングは、当技術分野において周知である。
【００６９】
１つの実施形態では、コーティングは、ＰＶ領域のためのカットアウト又は孔を有するガラスの上に配置される。これにより、ＰＶ領域が太陽放射を確実に受け取ることができる。
【００７０】
図１２は、このようなコーティングの実施例を示している。望ましいとすることができる２種類のコーティングが存在する点に留意されたい。これらのコーティングうちの１つは、ＰＶセルへの可視光の透過性を高めるための反射防止コーティングである。別のタイプのコーティングは、紫外線吸収剤又は反射体である。多くの場合、これらのコーティングは、異なる屈折率を有する誘電体極薄層の積層体で形成される。誘電体のＲＦ特性及び誘電体の厚さに応じて、孔が必要とされない場合もある。そうでない場合には、紫外線領域のサイズ及び形状に応じた孔のサイズ及び形状で孔が開けられる必要がある。
【００７１】
１つの実施形態では、アンテナは、図１１及び１２に示されているコーティング及び／又は他の層の上に反射防止上面を含む点に留意されたい。また、シリコーン製光学コーティングを用いて、耐衝撃性を高め、衝突時のガラス破片を減少させることができる点に留意されたい。より具体的には、開口面は、他の設計要素が、ＴＦＴセグメントの上部に積み重ねられてＴＦＴセグメントを有し、これらの基板は、ＰＶセルによって使用される太陽放射に対して透過的であるので、これらの基板は、共に結合される必要がある。しかしながら、これらの要素が、ガラス又は他の太陽放射透過基板上にある場合には、複数のガラス／空気界面による損失を防止することが望ましいことになる。これを助長するために、これらの基板を共に光学的に結合することが有用となる。この目的のために、シリコーン又は他の物質を使用できる。
動的ビーム生成及び太陽エネルギー捕捉
【００７２】
１つの実施形態では、一体型ＰＶセルを有するアンテナは、太陽エネルギー捕捉に向けて位置決めされ、次に、ビーム（例えば、ホログラフィックビーム）が、本明細書で記載されるものなどのアンテナ素子の電子走査アンテナアレイを用いて生成される。
【００７３】
図１３Ａは、アンテナシステムの１つの実施形態のデータフローを示している。図１３Ａを参照すると、アンテナ開口面１３００は、アンテナ素子のアクティブアレイ１３０１を含む。１つの実施形態では、アンテナ素子は、メタマテリアルアンテナ素子である。別の実施形態では、アンテナ素子は、ＭＥＭＳ同調型共振器である。１つの実施形態では、アクティブアレイ１３０１は、１又は２以上のＰＶセルを含む。１つの実施形態では、アンテナ開口面１３００の周辺部は、ＰＶセル１３０４を含む。ＰＶセル１３０４は、共に接続された１又は２以上のＰＶセルを含む点に留意されたい。ＰＶセルとＰＶセルのグループとの間の接続は、上記で説明されている。
【００７４】
１つの実施形態では、コントローラ１３０２は、アンテナ素子制御信号１３０３（例えば、マトリクス駆動制御信号など）をアンテナ開口面１３００に送る。これらの制御信号は、アクティブアレイ１３０１のアンテナ素子をオフ及びオン（又は部分的にオン）してビームを生成する。１つの実施形態では、ビームは、動的に生成される、当技術分野において周知のホログラフィックビームを含む。
【００７５】
コントローラ１３０２は、太陽エネルギー捕捉用にアンテナ開口面１３００を位置決めした後に得られたアンテナ位置入力信号１３１０（例えば、方位センサ信号などのセンサ入力など）に基づいて、制御信号１３０３を生成する。すなわち、コントローラ１３０２は、アンテナ位置入力信号１３１０を使用して、アンテナ素子のアクティブアレイの向き及び／又は位置を特定し、これにより、アンテナ開口面１３００が太陽エネルギー捕捉用に位置決めされたまま、コントローラ１３０２が、アクティブアレイ１３００のアンテナ素子を制御して特定の方向でビームを生成することが可能になる。１つの実施形態では、このことは、アンテナ開口面１３００が、太陽に向かうアンテナ開口面の向きに基づいて太陽エネルギーを最大に捕捉するように位置決めされた、又は少なくともアンテナの以前の位置に優る太陽エネルギー捕捉を増大させるように位置決めされたと決定した後、実施することができる。
【００７６】
１つの実施形態では、アンテナ開口面１３００は、アンテナ位置決めデバイス１３４０を使用して、太陽エネルギー捕捉を高めて、場合によっては最大にするように向けられる。このようなアンテナ位置決めデバイス１３４０は、一連の電動制御を介してアンテナ開口面を自動的に位置決めするために結合される。物体を特定の位置に移動させるこのような電動制御は、当技術分野において周知である。１つの実施形態では、アンテナ位置決めデバイス１３４０は、異なる位置で捕捉された太陽エネルギーの量を示す入力信号１３４１を受信する。この情報に基づいて、アンテナ位置決めデバイス１３４０は、太陽エネルギー捕捉を増大させる及び／又は最大にするのにアンテナ開口面１３００をどこに位置決めすればよいかを決定するモジュールを含む。このモジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの３つの組み合わせで実施することができる。幾つかの位置にアンテナを位置決めして、各位置での太陽エネルギー捕捉を記録した後、最大の太陽エネルギー捕捉をもたらしたアンテナ位置を選択する決定を行うことができる。代替的に、アンテナは、アンテナの向き、アンテナが存在する地理的位置及び時刻、並びに衛星の位置、及びアンテナがリンクを閉じるのに何を必要とするかを指定する情報を有する。この情報を使用して、アンテナは、値関数を使用して、２つの要件の間で最適な妥協点を見つける位置を計算する。アンテナが、何かによって部分的に陰になっている場合、又はアンテナが強い反射（例えば、折り畳み式鏡構造、海又は湖からの反射）へのアクセスを有する場合に、アンテナは、より適切な位置を探索する。
【００７７】
ＰＶセルは、アンテナ開口面又はアンテナ周辺部に存在することに限定されるものではない。ＰＶセルは、アンテナフレームに結合されたソーラーパネルの一部とすることができる。これらのパネルは、様々な形状及びサイズを有することができる。図１３Ｂは、アンテナ開口面１３００の別の実施例を示している。図１３Ｂを参照すると、アンテナ開口面１３５０は、ＰＶセル１３５２を有するアクティブアレイ１３５１と、アクティブアレイ１３５１の外側の周辺部とを含む。別の実施形態では、アクティブアレイ１３５１は、ＰＶセルを含む。アンテナ開口面１３５０はまた、アンテナ開口面１３５０のフレームに接続された折り畳み式ＰＶセル構造（例えば、パネル）１３５３を含む。１つの実施形態では、折り畳み式ＰＶセル構造１３５３は、アンテナ開口面１３５０に結合されて、アンテナに電力を供給するための追加の太陽エネルギーを捕捉する翼（ウィング）に類似している。１つの実施形態では、折り畳み式ＰＶセル１３５３は、このセルが閉位置から太陽光に晒される開位置に移動することを可能にするように、アンテナ開口面１３５０に結合される。１つの実施形態では、この接続は、折り畳み式ＰＶセル構造が、閉位置から太陽エネルギーを捕捉できる位置に外向きに折り畳まれることを可能にするヒンジを介するものである。折り畳み式ＰＶセル構造用の電子機器及び電力供給源は、周知の方法で動作する。
【００７８】
太陽エネルギー捕捉（例えば、アンテナ開口面１３００の以前の位置から太陽エネルギー捕捉）用にアンテナを位置決めして、アンテナ開口面１３００によって生成されるビームを方向付けるための制御信号を送った後、アンテナ開口面１３００は、衛星の位置を特定して衛星通信リンクを確保することができる。この時点で、アンテナは、通信に使用することができる。１つの実施形態では、モデム１３２１及びアンテナインタフェース１３２０は、アンテナ開口面１３００を利用するのに使用される。１つの実施形態では、アンテナインタフェース１３２０は、モデム１３２１とアンテナ開口面１３００との間で信号を相互作用させるため幾つかの構成要素を含む。これらの構成要素は、ダイプレクサ、バックアップコンバータ（ＢＵＣ）、及びＬＮＢ、その他のような構成要素を含むことができる。これらの構成要素は、以下の図１９及び２０に関連して説明されるように動作する。
【００７９】
同様に、モデム１３２１は、ＤＡＣ、変調器、エンコーダ、ＡＤＣ、復調器、及びデコーダを含む、図１９及び図２０に示されたものなどの幾つかの周知の構成要素を含むが、これらの構成要素は、本発明を不明確にすることを回避するために図１３Ａには示されていない。１つの実施形態では、モデム１３２１は、データ入力／出力信号を供給するデータインタフェース１３２１ａを含む。１つの実施形態では、データインタフェース１３２１は、当技術分野において周知の方法でネットワークとの通信を可能にすることができるネットワークインタフェース１３２２と相互作用する。１つの実施形態では、このようなネットワークは、例えば、インターネットを含む。１つの実施形態では、アンテナ開口面１３００を位置決めされてビームが生成された後、モデム１３２１は、ネットワークインタフェース１３２２経由で通信信号１３３０を生成することができる。１つの実施形態では、信号１３３０は、インターネットと相互作用するＷｉＦｉ信号を含む。
【００８０】
１つの実施形態では、データインタフェース１３２１Ａはまた、緊急モード入力デバイス１３６０と相互作用する。緊急モード入力デバイス１３６０は、アンテナシステムを介したユーザが、衛星ネットワーク経由で緊急情報を送ることを可能にする。１つの実施形態では、緊急情報は、アンテナの位置情報を含むことができる。この位置情報は、全地球測位システム（ＧＰＳ）情報を含むことができる。１つの実施形態では、他の緊急コードを緊急モード入力デバイス１３６０経由で送ることができる。このコードは、例えば９１１コードなどの緊急事態を示すコードを含むことができる。
【００８１】
１つの実施形態では、アンテナは、エネルギーを捕捉して水（例えば、海）からの情報を送信することができるブイ又は他の浮遊構造に結合又は組み込まれる。１つの実施形態では、この浮遊アンテナは、津波警報システムの一部である。
【００８２】
図１４は、アンテナに組み込まれたＰＶ構造体（例えば、セル）により捕捉された太陽光電力によって少なくとも部分的に給電されるアンテナを使用するための方法の１つの実施形態のフローチャートである。
【００８３】
図１４を参照すると、本方法は、１又は２以上のＰＶ構造体（例えば、ＰＶセル）を有してアンテナフレームに取り付けられた少なくとも１つの太陽光発電構造（例えば、ソーラーパネル又はウィング）を展開又は開放することで開始する（処理ブロック１４０１）。これは任意選択のステップである。図１３Ｂに関連して上述したように、アンテナは、太陽光に晒されて、アンテナの動作に電力を供給するための太陽エネルギーの捕捉を増大させることができる追加の太陽光捕捉能力を有する拡張部分又はパネルを有することができる。
【００８４】
次に、アンテナは、太陽エネルギーの捕捉を増大させるように位置決めされる（処理ブロック１４０２）。１つの実施形態では、このことは自動的に行われる。例えば、１つの実施形態では、アンテナを位置決めするステップは、複数の位置の間でアンテナを回転させるステップと、複数の位置の各々における太陽エネルギー捕捉量を記録するステップと、太陽エネルギー捕捉量に基づいてアンテナを向ける方向を自動的に決定するステップと、この方向に基づいた位置にアンテナを自動的に移動させるステップと、を含む。
【００８５】
代替的に、ユーザは、太陽エネルギーの捕捉を可能にするために太陽の方向又は南方向に向けてアンテナを位置決めすることができる。１つの実施形態では、アンテナは、ユーザに電力フィードバックを提供して、ユーザが、太陽エネルギーの最大捕捉量（又は少なくとも増加した量）をもたらす位置を認識可能にする機構を含む。このような電力メータは、当技術分野において既知である。
【００８６】
アンテナが位置決めされると、アンテナ上及び／又はアンテナに取り付けられたＰＶ構造体は、アンテナに電力を供給するよう、太陽エネルギーを捕捉してアンテナによって使用され及び／又はアンテナに結合されたエネルギー蓄積デバイスを充電する（処理ブロック１４０３）。１つの実施形態では、エネルギー蓄積デバイスを充電するステップは、１又は２以上のＰＶ構造体により捕捉された太陽エネルギーを使用して、アンテナに電力を供給するバッテリ（又は他のエネルギー蓄積デバイス）をトリクル充電するステップを含む。
【００８７】
捕捉された太陽エネルギーを単独で使用して又はアンテナに供給される他の電力と共に使用して、アンテナが電源投入される（処理ブロック１４０４）。１つの実施形態では、このステップは、１又は２以上のＰＶ構造体により捕捉されたエネルギーでトリクル充電されたバッテリを使用してウォームスタートを実行し、これによりアンテナの一部の構成要素はトリクル充電されたバッテリからの電力で既に電力供給されている理由から、アンテナがより早く電源投入されて動作するようにするステップを含む。
【００８８】
電源投入されると、アンテナコントローラは、アンテナ開口面の表面に組み込まれた１又は２以上の光起電力（ＰＶ）構造体による太陽エネルギーの捕捉を増大させる位置にアンテナが配置された後のアンテナのアンテナ開口面の位置を示す位置データを受け取る（処理ブロック１４０５）。この位置データに応答して、アンテナのアンテナ素子アレイは、太陽エネルギーの捕捉を増大させるアンテナ位置を維持しながら、アンテナ位置に基づいて衛星に向けてビームを向け直すように電子的に誘導される（処理ブロック１４０６）。
【００８９】
次に、アンテナは、アンテナ素子アレイを電子的に誘導することに応答して、衛星の位置を特定し（処理ブロック１４０７）、アンテナが、太陽エネルギーの捕捉を増大させる位置に存在する間に、衛星を自動追尾又は捕捉する（処理ブロック１４０８）。
【００９０】
その後、アンテナと衛星との間の通信を用いて、通信ネットワーク又は他のデバイスに接続する（処理ブロック１４０９）。１つの実施形態では、通信ネットワークは、インターネットを含む。１つの実施形態では、通信はＷｉＦｉ信号を含む。１つの実施形態では、通信は、捕捉された太陽エネルギーで充電されたバッテリからの電力のみを使用して行われる。
【００９１】
１つの実施形態では、一体型ＰＶセルを有するアンテナは、太陽エネルギーから捕捉された電力を使用してアンテナの動作に電力を供給することにより、緊急事態又は災害復旧の際に使用される。このような場合には、エネルギー蓄積デバイス（例えば、バッテリ、スーパーキャパシタなど）は、他の電源が利用できないときにアンテナを作動させるためのエネルギーを蓄積し供給するのに使用される。
【００９２】
図１５は、太陽電池式アンテナを使用する方法のフローチャートである。図１５に示される動作は、アンテナと衛星との間で行われる通信が緊急モード中に行われることを除いて、図１４のものと同じである。
【００９３】
緊急モード（例えば、緊急事態、災害復旧、その他）の一部として、通信は、異なるタイプの情報を含むことができる。１つの実施形態では、通信は、アンテナの位置データの送信を含む。１つの実施形態では、位置データは、全地球測位システム（ＧＰＳ）データを含む。位置データは、経度及び緯度情報を含むことができる。１つの実施形態では、位置データは、アンテナのユーザが、位置識別を可能にするための情報を指定することによって入力されるデータを含むことができる。このような情報は、アンテナのユーザが利用できる最後の既知の位置、ランドマーク、電源及び／又はツールなどを表すデータを含むことができる。限定ではないが、飲料水の位置、適切なピックアップエリアの位置、回避すべき危険性、その他に関する情報などの他の情報を返信することができる。１つの実施形態では、ユーザは、ユーザがアンテナ経由で衛星通信リンクを通じて送信される情報を入力可能にする、入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、トラックパッド、トラックボール、タッチスクリーン、携帯電話、スマートフォン、コンピュータシステムなど）を有する。
アンテナ制御の例
【００９４】
１つの実施形態では、上述したように、マトリクス駆動回路は、セル毎に別々の接続（直接駆動）を有することなく、パッチに電圧を印加して、各セルを他の全てのセルから切り離して駆動するのに使用される。素子の密度が高いので、マトリクス駆動回路は、各セルを個別にアドレス指定する効率的な方法である。
【００９５】
１つの実施形態では、アンテナシステム用の制御構造は、２つの主要構成要素を含み、アンテナシステム用のアンテナアレイコントローラ（駆動電子機器を含む）は、波散乱構造の下方に存在し、マトリクス駆動スイッチングアレイは、放射を妨げないように放射ＲＦアレイ全体にわたって散在する。１つの実施形態では、アンテナシステム用の駆動電子機器は、各散乱素子に対するＡＣバイアス信号の振幅又はデューティサイクルを調整することによってこの素子に対するバイアス電圧を調整し、市販のテレビジョン機器で使用される商用既製ＬＣＤ制御装置を含む。
【００９６】
また、１つの実施形態では、アンテナアレイコントローラは、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを含む。制御構造はまた、プロセッサに位置及び向き情報を提供するセンサ（例えば、ＧＰＳ受信機、３軸コンパス、３軸加速度計、３軸ジャイロ、３軸磁力計など）を組み込むこともできる。位置及び向き情報は、地上局内の他のシステムによってプロセッサに提供することができ、及び／又はアンテナシステムの一部でないとすることができる。
【００９７】
より具体的には、アンテナアレイコントローラは、動作周波数においてどの位相レベル及び振幅レベルで、どの素子をオフにしてオンにするかを制御する。これらの素子は、電圧印加によって周波数動作に対して選択的に離調される。
【００９８】
送信については、コントローラが、ＲＦパッチに一連の電圧信号を供給して、変調又は制御パターンを生成する。制御パターンにより、素子が異なる状態に同調するようになる。１つの実施形態において、多状態制御が使用され、この多状態制御では、様々な素子が異なるレベルにオン及びオフされ、矩形波（すなわち、正弦波グレイシェード変調パターン）ではなく、正弦波制御パターンに更に近付く。１つの実施形態において、一部の素子が放射し、一部の素子が放射しないのではなく、一部の素子が他の素子よりも強力に放射する。可変放射は、特定の電圧レベルを印加することによって達成され、これにより液晶誘電率を様々な量に調整し、素子を可変的に離調させて一部の素子に他の素子よりも多く放射させるようにする。同調素子がＭＥＭＳデバイスである場合には、可変放射は、ＭＥＭＳ素子に特定の電圧レベルを印加することによって、達成され、これによって、ＭＥＭＳ素子内のメンブレンが調整されてその静電容量が変化することができる。
【００９９】
メタマテリアル素子アレイによる集束ビームの生成は、強め合う干渉及び弱め合う干渉の現象よって説明することができる。個々の電磁波は、これらの電磁波が自由空間で交わったときに、これらの電磁波が同相を有する場合には、合算（強め合う干渉）され、これらの電磁波が自由空間で交わったときに、これらの電磁波が逆位相にある場合には、波は、互いに打ち消し合う（弱め合う干渉）。スロット式アンテナ内のスロットが、各連続するスロットが誘導波の励起点から異なる距離に位置するように位置決めされる場合には、この素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波と異なる位相を有するようになる。これらのスロットが、誘導波長の４分の１の間隔を置いて配置されている場合には、各スロットは、前のスロットから４分の１位相遅延を有して波を散乱させるようになる。
【０１００】
アレイを使用すると、生成できる強め合う干渉及び弱め合う干渉のパターン数を増加させることができるので、理論的には、ホログラフィの原理を使用して、アンテナアレイのボアサイトからプラスマイナス９０度（９０°）のあらゆる方向にビームを向けることができるようになる。このように、どのメタマテリアル単位セルをオンにするか又はオフにするかを制御することによって（すなわち、どのセルをオンにし、どのセルをオフにするかについてのパターンを変更することによって）、異なる強め合う干渉及び弱め合う干渉パターンを生成でき、アンテナは、メインビームの方向を変えることができる。単位セルをオン及びオフにするのに必要な時間は、ビームが、１つの位置から別の位置に切り替わることができる速度を決定付ける。
【０１０１】
１つの実施形態では、アンテナシステムは、アップリンクアンテナ用の１つの誘導可能なビームと、ダウンリンクアンテナ用の１つの誘導可能なビームとを生成する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、メタマテリアル技術を使用して、ビームを受信し、衛星からの信号を復号し、及び衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、デジタル信号処理を使用して、ビームを電気的に形成し誘導するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。１つの実施形態では、アンテナシステムは、特に、従来のディッシュ型衛星受信機と比較したときに、平面的で比較的薄型である「表面」アンテナとみなされる。
【０１０２】
セル配置
１つの実施形態では、アンテナ素子は、体系的マトリクス駆動回路を可能にするように円筒状給電アンテナの開口面上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動用のトランジスタの配置を含む。図１７は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示している。図１７を参照すると、行コントローラ１７０１は、それぞれ、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合され、列コントローラ１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１（列１）を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合されている。また、トランジスタ１７１１は、パッチへの接続１７３１を介してアンテナ素子１７２１に結合され、その一方、トランジスタ１７１２は、パッチへの接続１７３２を介してアンテナ素子１７２２に結合される。
【０１０３】
単位セルが非正規グリッド内に配置されて円筒状給電アンテナ上でマトリクス駆動回路を実現する最初の手法では、２つのステップが実行される。第１のステップでは、セルが同心リング上に配置され、セルの各々は、セルの傍らに配置されたトランジスタに接続され、このトランジスタが、各セルを別々に駆動するスイッチとして機能する。第２のステップでは、マトリクス駆動回路は、このマトリクス駆動手法が必要とするときにあらゆるトランジスタを一意のアドレスで接続するように構築される。マトリクス駆動回路は、行と列のトレースによって構築される（ＬＣＤと同様）が、セルはリング上に配置されるので、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピング問題は、全てのトランジスタをカバーするために極めて複雑な回路を生じさせ、経路設定を行う物理的トレースの数が著しく増加させることになる。セルが高密度であるので、これらのトレースは、カップリング効果に起因してアンテナのＲＦ性能を妨げる。また、トレースが複雑であり実装密度が高いことに起因して、トレースの経路設定は、商業的に入手可能なレイアウトツールによって行うことができない。
【０１０４】
図１６Ａから１６Ｄは、スロット式アレイを形成する異なる層の１つの実施形態を示している。アンテナアレイは、図１に示されている例示的なリングなどのリング内に位置決めされるアンテナ素子を含む。この実施例では、アンテナアレイは、２つの異なるタイプの周波数帯域に使用される２つの異なるタイプのアンテナ素子を有する点に留意されたい。
【０１０５】
図１６Ａは、スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部を示している。図１６Ａを参照すると、円は、アイリス基板の下部側におけるメタライゼーション内の空き領域／スロットであり、給電部（給電波）との素子の結合を制御するためのものである。この層は、任意選択の層であり、全ての設計で使用されるものではない点に留意されたい。図１６Ｂは、スロットを含む第２のアイリス基板層の一部を示している。図１６Ｃは、第２のアイリス基板層の一部の上のパッチを示している。図１６Ｄは、スロット式アレイの一部の上面図を示している。
【０１０６】
１つの実施形態において、マトリクス駆動回路は、セル及びトランジスタが配置される前に事前に定められる。このことは、各々が一意のアドレスを有する全てのセルを駆動するのに必要な最小数のトレースが確保される。この方式は、駆動回路の複雑性を軽減して経路設定を簡素化し、これによってアンテナのＲＦ性能が向上する。
【０１０７】
より具体的には、１つの手法では、第１のステップにおいて、セルは、各セルの一意のアドレスを表す行及び列から構成された正方形グリッド上に配置される。第２のステップにおいて、セルは、セルのアドレス、及び第１のステップで定められた行及び列への接続性が維持されながら、グループ化されて同心円に変換される。この変換の目的は、セルをリング上に配置するだけでなく、開口面全体にわたってセル間の距離及びリング間の距離を一定に保つことである。この目的を達成するために、セルをグループ化する幾つかの方法が存在する。
【０１０８】
１つの実施形態において、ＴＦＴパッケージは、マトリクス駆動回路における配置及び一意のアドレス指定を可能にするのに使用される。図１８は、ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示している。図１８を参照すると、ＴＦＴ及び保持キャパシタ１８０３が、入力ポート及び出力ポートと共に示されている。トレース１８０１に接続された２つの入力ポートと、トレース１８０２に接続された２つの出力ポートとがあり、行及び列を使用してＴＦＴを共に接続する。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、９０°の角度で交差して、行のトレースと列のトレースとの間の結合が低減され、場合によっては最小となることがある。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、様々な層上に存在する。
【０１０９】
例示的なシステム実施形態
１つの実施形態において、複合アンテナ開口面は、セットトップボックスと連動して動作するテレビジョンシステムで使用される。例えば、二重受信アンテナの場合、アンテナにより受信された衛星信号は、テレビジョンシステムのセットトップボックス（例えば、ＤｉｒｅｃｔＴＶ受信機）に供給される。より具体的には、複合アンテナ動作は、２つの異なる周波数及び／又は偏波でＲＦ信号を同時に受信することができる。すなわち、素子の１つのサブアレイは、１つの周波数及び／又は偏波でＲＦ信号を受信するように制御され、別のサブアレイは、別の異なる周波数及び／又は偏波で信号を受信するように制御される。周波数又は偏波のこれらの相違は、テレビジョンシステムにより異なるチャネルが受信されることを表している。同様に、２つのアンテナアレイは、２つの異なる位置（例えば、２つの異なる衛星）からのチャネルを受信するため２つの異なるビーム位置に対して制御されて、複数のチャネルを同時に受信することができる。
【０１１０】
図１９は、テレビジョンシステムにおいて二重受信を同時に実行する通信システムの１つの実施形態のブロック図である。図１９を参照すると、アンテナ１４０１は、上述したように異なる周波数及び／又は偏波で二重受信を同時に実行するように独立して動作可能な２つの空間的に交互配置されたアンテナ開口面を含む。２つの空間的に交互配置されたアンテナ動作についてのみ説明しているが、ＴＶシステムは、２つよりも多いアンテナ開口面（例えば、３つ、４つ、５つなどのアンテナ開口面）を有することができる点に留意されたい。
【０１１１】
１つの実施形態において、２つの交互配置されたスロットアレイを含むアンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４３０に結合される。この結合は、２つのスロットアレイの素子から信号を受信して、ダイプレクサ１４３０に供給される２つの信号を生成する１又は２以上の給電ネットワークを含むことができる。１つの実施形態において、ダイプレクサ１４３０は、商用ダイプレクサ（例えば、Ａ１  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ社製のモデルＰＢ１０８１ＷＡ  Ｋｕ帯域シトコムダイプレクサ）である。
【０１１２】
ダイプレクサ１４３０は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）のペア１４２６、１４２７に結合され、これらＬＮＢは、当技術分野において周知の方法でノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート機能及び増幅を実行する。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２６、１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ１４２６、１４２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１４２６、１４２７は、テレビジョン１４０３に結合されたセットトップボックス１４０２に結合される。
【０１１３】
セットトップボックス１４０２は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）のペア１４２１、１４２２を含み、これらＡＤＣは、ＬＮＢ１４２６、１４２７に結合されて、ダイプレクサ１４３０から出力された２つの信号をデジタル形式に変換する。
【０１１４】
デジタル形式に変換されると、信号は、復調器１４２３によって復調され且つ復号器１４２４によって復号されて、受信波上に符号化されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、このコントローラが、このデータをテレビジョン１４０３に送る。
【０１１５】
コントローラ１４５０は、単一の複合物理的開口面上の両方のアンテナ開口面の交互配置されたスロットアレイ素子を含むアンテナ１４０１を制御する。
【０１１６】
全二重通信システムの例
別の実施形態において、複合アンテナ開口面は、全二重通信システムで使用される。図２０は、同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。１つの送信経路及び１つの受信経路のみが示されているが、通信システムは、１つよりも多い送信経路及び／又は１つよりも多い受信経路を含むことができる。
【０１１７】
図２０を参照すると、アンテナ１４０１は、上述のように異なる周波数で同時に送信及び受信するように独立して動作可能な２つの空間的に交互配置されたアンテナアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４４５に結合される。この結合は、１又は２以上の給電ネットワークによるものとすることができる。１つの実施形態において、放射状給電アンテナの場合、ダイプレクサ１４４５は、２つの信号を組み合わせるものであり、アンテナ１４０１とダイプレクサ１４４５の間の接続は、両方の周波数を搬送できる単一の広帯域給電ネットワークである。
【０１１８】
ダイプレクサ１４４５は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１４２７に結合され、このＬＮＢは、当技術分野において周知の方法でノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート機能、及び増幅機能を実行する。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１４２７は、コンピューティングシステム１４４０（例えば、コンピュータシステム、モデムなど）に結合されたモデム１４６０に結合される。
【０１１９】
モデム１４６０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１４２２を含み、このＡＤＣは、ＬＮＢ１４２７に結合されて、ダイプレクサ１４４５から出力された受信信号をデジタル形式に変換する。デジタル形式に変換されると、信号は、復調器１４２３によって復調されて、復号器１４２４によって復号されて、受信波上の符号化されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、このコントローラが、このデータをコンピューティングシステム１４４０に送る。
【０１２０】
モデム１４６０は更に、コンピューティングシステム１４４０から送信されたデータを符号化するエンコーダ１４３０を含む。符号化されたデータは、変調器１４３１によって変調され、次に、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１４３２によってアナログに変換される。次に、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及び高域増幅器）１４３３によってフィルタリングされて、ダイプレクサ１４４５の１つのポートに供給される。１つの実施形態において、ＢＵＣ１４３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。
【０１２１】
当技術分野において周知の方法で動作するダイプレクサ１４４５は、伝送のため送信信号をアンテナ１４０１に供給する。
【０１２２】
コントローラ１４５０は、単一の複合物理的開口面上のアンテナ素子の２つのアレイを含むアンテナ１４０１を制御する。
【０１２３】
図２０に示された全二重通信システムは、限定ではないが、インターネット通信、車両通信（ソフトウェア更新を含む）などを含む幾つかの用途があることに留意されたい。
【０１２４】
以上の詳細説明の幾つか部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示されている。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者により、自らの作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは一般的に、望ましい結果に至る自己矛盾のない一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。必須ではないが、通常は、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式を取る。これらの信号をビット、値、要素、記号、符号、用語、又は数字などと言及することは、主として共通使用という理由で時に好都合であることが判明している。
【０１２５】
しかしながら、これらの用語及び類似の用語は、全て適切な物理量に関連付けられるものとし、且つこれらの量に付与される有利なラベルに過ぎないことに注意されたい。以下の説明から明らかなように、特に明記しない限り、説明全体を通して、「処理する」又は「演算する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などのような用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータをそのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を指すことが認められる。
【０１２６】
本発明はまた、本明細書の作動を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを有することができる。このようなコンピュータプログラムは、限定ではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含むあらゆるタイプのディスク、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は電子命令の格納に適するあらゆるタイプの媒体のようなコンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができ、各々がコンピュータシステムバスに結合される。
【０１２７】
本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、何れの特定のコンピュータ又は他の装置とも本質的に関連付けられたものではない。様々な汎用システムを本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができ、又は必要とされる方法ステップを実行するより特殊化された装置を構成することが有利であることが判明する場合がある。様々なこれらのシステムに必要とされる構造は、以下の説明から明らかであろう。これに加えて、本発明は、何れの特定のプログラミング言語に関連しても説明されていない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明した本発明の教示を実施することができることが認められるであろう。
【０１２８】
機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって可読の形態の情報を格納又は送信するための何れかの機構を含む。例えば機械可読媒体は、読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。
【０１２９】
本発明の多くの改変及び修正が前述の説明を読んだ後で疑いなく当業者には明らかになるであろうが、例証によって図示及び説明された何れの特定の実施形態も限定として捉えられるものではない点を理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細事項への言及は、本発明にとって基本的なものとしてみなされる特徴のみを記載する請求項の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１３０】
１３００  アンテナ開口面
１３０１  アンテナ素子のアクティブアレイ
１３０２  コントローラ
１３０３  アンテナ素子制御信号
１３０４  ＰＶセル
１３１０  アンテナ位置入力
１３２０  アンテナインタフェース
１３２１  モデム
１３３０  通信信号
１３６０  緊急モード入力デバイス
１３４０  アンテナ位置決めデバイス
１３４１  入力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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